云南特殊生境萬株放線菌基因組挖掘

云南省微生物研究所

圖1 978株云南放線菌菌株基因組挖掘結(jié)果統(tǒng)計(jì)

放線菌是開發(fā)活性天然產(chǎn)物的寶庫(kù)，臨床用三分之二的抗生素來源于放線菌，是國(guó)家戰(zhàn)略資源。菌株及化合物的重復(fù)發(fā)現(xiàn)，讓基于傳統(tǒng)發(fā)酵研究獲得新天然產(chǎn)物的研究方式難度也越來越大。近年來，隨著基因組挖掘技術(shù)及方法的迅猛發(fā)展，通過應(yīng)用生物合成途徑的相關(guān)知識(shí)，可以從基因組中挖掘出潛在的基因簇，并能將某些基因簇通過多種方法激活，從而挖掘可能的新天然產(chǎn)物。為此，聯(lián)合云南華大開展了萬株級(jí)云南特殊環(huán)境放線菌基因組測(cè)序研究，通過大數(shù)據(jù)分析對(duì)菌株開展了基因組資源挖掘工作。目前已經(jīng)完成了2 761株放線菌基因組測(cè)序，對(duì)其中約978株菌株進(jìn)行了基因組挖掘，從中發(fā)現(xiàn)了61 890個(gè)可能產(chǎn)生次級(jí)代謝產(chǎn)物的生物合成基因簇。包括saccharide類型基因簇24 328個(gè)，NRPS類型基因簇11 564個(gè)，PKS類型基因簇8 017個(gè)，fatty acid類型5 636個(gè)，terpene類型5 221個(gè)，halogenated類型2 408個(gè)，RiPP類型2 132個(gè)，siderophore類型1 978個(gè)，其他類型606個(gè)。其中，發(fā)現(xiàn)了特殊的transAT-PKS基因簇200個(gè)，NRPS/PKS雜合基因簇1 357個(gè)，NRPS/terpene雜合192個(gè)，PKS/terpene雜合基因簇160個(gè)。目前，已經(jīng)篩選出數(shù)十株高潛力菌株，對(duì)其進(jìn)行了OSMAC研究，多株云南藥用植物內(nèi)生菌含有新型烯二炔類抗生素的基因簇，展示出了極強(qiáng)的DNA損傷能力，很可能獲得新的抗腫瘤抗生素。同時(shí)，開展了放線菌拮抗臨床超級(jí)耐藥菌的活性篩選，多株放線菌菌株具有強(qiáng)烈抑菌活性，其中一株活性很好的菌株Amycolatopsis sp. YIM S03908具有產(chǎn)生萬古霉素類型新化合物的潛力，同時(shí)還有產(chǎn)生烯二炔類抗腫瘤新化合物潛力。此外，還發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)生多種抗感染、抗腫瘤藥物分子等的高產(chǎn)菌株。

圖2 明星菌株Amycolatopsis sp. YIM S03908具有重要潛力基因簇

萬株云南特殊生境放線菌基因研究，將高效實(shí)現(xiàn)云南放線菌功能基因資源挖掘，必將發(fā)現(xiàn)大量的新次級(jí)代謝產(chǎn)物生物合成基因簇，為高效獲得新活性次級(jí)代謝產(chǎn)物提供有力支持。潛力菌株、新基因和新化合物庫(kù)的發(fā)現(xiàn)，將為系統(tǒng)理解不同類型化合物的生物合成新機(jī)制提供新材料和新思路，將有力支撐云南省具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新藥研發(fā)。

圖3 明星菌株Amycolatopsis sp.YIM S03908對(duì)多種臨床超級(jí)耐藥菌具有明顯抑制能力